ISSN 1000-0054
CN
11-2223/N
清华大学学报 (自然科学版)
J T singhua U niv (Sci& T ech),
2005 年 第 45 卷 第 10 期
2005, V ol.45, N o.10
20/36
1373-1376
用改进的星座图扩展法降低
OFDM
信号峰均功率比
房海东, 潘长勇, 杨知行
(清华大学 电子工程系, 微波与数字通信技术国家重点实验室, 北京 100084)
收稿日期: 2004-10-19
作者简介: 房海东 (1976-), 男( 汉), 山 东, 博士 研 究生。
通讯联系人: 杨知行, 教授, E -m ail: yangzhx@ tsinghua.edu.cn
摘 要: 为降低正交频分复用(
OFDM
)信号的峰均功率比,
提出了改进的星座图扩展方法。改进的算法采用压缩扩张变
换方法的部分概念,在不减小星座点间欧氏距离的约束条件
下,动态地向外扩展传输数据的星座点,从而降低
O FDM
信
号的峰均功率比。该方法在接收机端不需要任何的处理过
程,而且没有边带信息。改进的星座图扩展方法能够取得的
峰均功率比比原来方法的低约 1
dB
, 而且简单实用。
关键词: 正交频分复用; 多载波通信; 星座图扩展; 峰均功
率比(PA PR )
中图分类号:
TN
929.5 文献标识码:
A
文章编号: 1000-0054(2005)10-1373-04
Reduc ing the OFDM pe ak-to-av erag e
power ratio with improved con s tellation
extension
FANG Haidong
,
PAN Changyong
,
YANG Zhixing
(
S tate Key Laborato ry o n Microw ave and Digital C o m municatio ns
,
Department of Electronic Enginee ring
,
Tsinghua Univer sity
,
Beijing 100084
,
China
)
Abstract
: T he p eak-to-average pow er ratio of orthogon al frequency
division m ultiplex ing ( O F D M ) system s is reduced w ith an im proved
co n stella tion extension schem e. T he im p roved algorith m
dynam ically extends the outer constellation poin ts in data-carrying
channels w hile not reducing the E uclidean D istance betw een
co n stella tion p oin ts. T his schem e does not need any processin g at
th e receiver and requires no side inform ation. T he im proved
co n stella tion extension achieve about 1 dB extra peak-to-average
pow er ratio reduction com pared w ith the traditional constellation
extension.
Key words
:OFDM; multicarrier com m u nication s; constellation
extension; peak-to-average pow er ratio (P A P R )
正交频分复用(O FD M )是无线通信系统中的一
项关键技术,是一种多载波传输技术。多载波传输技
术相对于单载波传输技术而言有很多优点,例如抗多
径干扰,抗突发噪声和有效地克服频率选择衰落。
OFDM
技术在很多领域都得到广泛的应用,如日本
的综合业务数字广播,欧洲的数字音频广播和地面数
字电视广播,无线局域网等。但 O FD M 技术的一个主
要缺点就是具有很高的峰均功率比(
PA PR
), 这限制
了其广泛的应用。对一个具有
N
个子载波的
OFDM
信号而言,其 P A P R 可高达
N
。高的峰值容易引起非
线性失真,从而造成频谱“外泄”和子载波间的干扰,
引起
OFDM
系统的误码性能下降。高的
PA PR
将使
得系统需要很大的动态线性范围和高功率的放大器,
这将增加了系统的成本和功耗。目前已经有很多方法
用来降低
OFDM
信号的
PA PR
,例如幅度剪切
[1,2]
,
编码方案
[3,4]
,星座图扩展方法
[5]
,压缩扩张变换方
法
[6]
等。然而这些方法应用起来往往十分繁琐,特别
是子载波数量很大时(如地面数字电视广播),很多方
法都不实用。本文提出了一种改进的扩展传输信号星
座图的方法来降低 O FD M 信号的 PA PR 。此方法采
用了压缩扩张的部分概念,在不减小星座点间欧氏距
离的约束条件下,动态地向外扩展传输数据的星座
点,从而更多地消除大的峰值信号,达到降低 O FD M
信号
PA PR
的目的。
1
OFDM
信号和
PAPR
定义
对于一个具有
N
个子载波的 OFDM 系统,
O FD M 的复数基带信号可表述为
x
(
t
)=
1
N
∑
N
-1
n
=0
X
n
e
j2 π
n
Δ
ft
, 0 ≤
t
≤
T
.(1)
其中: Δ
f
为子载波间的频率间隔,
X
n
为第
n
个子
载波上的传输符号,可为四进制相移键控(
QPSK
)
信号或者正交幅度调制(Q A M )信号,
T
为OFDM
信号的发射周期。
OFDM
信号的
PA PR
定义为: 每帧
OFDM
信
号中的峰值功率与 O F D M 信号的均值功率的比值,
其数学表达如下:
PAPR =
max
0<
t
<
T
│
x
(
t
)│
2
E
[│
x
(
t
)│
2
]
,(2)